Zespół naukowców z Graduate School of Organic Materials Science na Uniwersytecie Yamagata, prowadzony przez profesora Tetsuo Takayama, Quan Jiang i profesora Akihiro Nishioki, opracował zaawansowany model oceny rozproszenia energii na krótkie termoplastiki z lekami. Ta praca, opublikowana w polimerach, podkreśla, w jaki sposób takie materiały, szczególnie w sektorach transportu, takich jak motoryzacyjna i lotnicza, odgrywają znaczącą rolę w zmniejszaniu emisji gazów cieplarnianych poprzez zastąpienie cięższych metalicznych elementów.
Badanie podkreśla znaczenie krótkich termoplastów wzmocnionych włóknami w zmniejszaniu emisji dwutlenku węgla, szczególnie w pojazdach domowych i samolotach, w których kluczowe jest zmniejszenie masy ciała. Naukowcy wyjaśniają, że podczas gdy tworzywa sztuczne wzmocnione włóknem węglowym były stosowane w wysokiej klasy samochodach i samolotach, ich wysokie ograniczenia kosztów powszechne. W przeciwieństwie do tego, krótkie błonnikowe termoplastiki oferują bardziej opłacalną alternatywę, co czyni ją atrakcyjnym materiałem do praktycznych zastosowań, takich jak składniki ciała samochodowego.
Profesor Takayama, Quan Jiang i profesor Akihiro Nishioka skupili się na odporności na uderzenie tych materiałów, co jest krytyczną właściwością zapewnienia bezpieczeństwa w transporcie. „W naszym badaniu dążyliśmy do modelowania i przewidywania siły wpływu na krótkie produkty termoplastyczne z krótkimi światłami, co jest kluczowe dla zrozumienia, w jaki sposób materiały zachowują się pod stresem”, powiedział profesor Takayama. Korzystając z kombinacji podejść eksperymentalnych i teoretycznych, byli w stanie stworzyć model ilościowy, który ściśle pasuje do wyników w świecie rzeczywistych, zapewniając niezawodną metodę przewidywania mechanicznej wydajności materiałów termoplastycznych z krótkimi światłowodami.
Wyniki ich badania pokazują, że orientacja włókien szklanych w matrycy termoplastycznej odgrywa istotną rolę w określaniu siły uderzenia. Krótsze długości włókien, które występują z powodu procesu formowania wtryskowego, mają tendencję do zmniejszania ogólnej wytrzymałości materiału. Naukowcy stwierdzili, że optymalizacja orientacji i rozkładu długości błonnika może znacznie zwiększyć odporność na uderzenie, dzięki czemu krótkie termoplastyki wzmocnione włóknami są bardziej trwałe w środowiskach o wysokiej wytrzymałości, takich jak zderzenia pojazdów.
Badania profesora Takayamy wykazały również, że siła ścinania międzyfazowego światłowodowego macierzy jest kluczowym czynnikiem regulującym wydajność mechaniczną tych materiałów. „Nasz model ujawnił silną korelację między międzyfazową wytrzymałością ścinania i wytrzymałości uderzenia, które można zastosować w szerokim zakresie orientacji i długości włókien”-wyjaśnił profesor Takayama. Odkrycia zespołu mają ważne implikacje dla przyszłego projektu lekkich, wysokowydajnych materiałów w sektorze transportu.
Podsumowując, badanie zapewnia dogłębne zrozumienie właściwości mechanicznych termoplastii termoplasticznych krótkich światłowodowych i oferuje niezawodny model przewidywania ich siły uderzenia. W miarę nasilenia się globalne wysiłki na rzecz ograniczenia emisji dwutlenku węgla, materiały takie jak krótkie oprawki termoplasticzne mogą odgrywać coraz ważniejszą rolę w osiąganiu celów zrównoważonego rozwoju poprzez zmniejszenie wagi i poprawę bezpieczeństwa pojazdów.
Referencje dziennika
Jiang, Q., Takayama, T., i Nishioka, A. (2023). „Impact Energy rozprasza się i ilościowe modele wtrysku formowanych krótkich termoplastów wzmocnionych włóknami”. Polimery. Doi: https://doi.org/10.3390/polym15214297
O autorze
Quan Jiang jest doktorantem z Wydziału Materiałów Organicznych Yamagata University. Uzyskał tytuł licencjata inżynierii w 2018 r. (Z Heilongjiang Institute of Technology, major w zakresie projektowania mechanicznego, produkcji i automatyzacji). Był inżynierem konstrukcyjnym wału napędowego kompozytowego w China Taian Composite Materials Fainess Co., Ltd., w latach 2017–2019. W tym okresie rozwinął duże zainteresowanie materiałami kompozytowymi, szczególnie w interfejsie, który określa zaprojektowanie tego Struktury kompozytowe. Od października 2020 r., Pełen ciekawości badań siły interfejsu w materiałach kompozytowych, zaczął realizować stopnie magistra i doktoranckie na Uniwersytecie Yamagata. Podczas studiów studiów zaproponował metodę oceny międzyfazowej wytrzymałości na ścinanie (IFSS) oparta na testach ścinania krótkiego wiązki. Metoda ta bezpośrednio mierzy IFSS z produktu wtryskowanego termoplastycznego (FRTP) IFS, które zmierzały wtryskowo, indukując wysokie naprężenie ścinające poprzez skrócenie odległości między punktami podporowymi w trzypunktowym teście zginającym. W oparciu o bardzo precyzyjne IFS mierzone tą metodą, dodatkowo zaproponował model ilościowy dla siły uderzenia Charpy FRTP. Jest autorem i współautorem sześciu publikacji, które zostały opublikowane w międzynarodowych czasopismach recenzowanych. Jego pola zainteresowań obejmują: wytrzymałość na ścinanie międzyfazowe, wzmocnione włóknem termoplastyczne, siła uderzenia Charpy, temperatura zestalania i formowanie wtryskowe. Jego wizja badawcza polega na tym, aby przyczynić się do rozwoju przyjaznych dla środowiska i twardego materiału kompozytowego.
